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暴雨径流对峡谷型水库水质影响:降雨径流污染及入库潜流

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中国环境科学 2024年

作者：黄康哲薛睿康侯毅季刚黄廷林文刚 1.秦岭水源地水质陕西省野外科学观测研究站西安建筑科技大学 2.陕西省水污染控制与水质安全保障协同创新中心西安建筑科技大学秦岭水源地水质陕西省野外科学观测研究站西安建筑科技大学陕西省水污染控制与水质安全保障协同创新中心西安建筑科技大学

峡谷型水库水质受暴雨径流的影响而出现阶段性的水质恶化.本研究以三河口水库为代表，对2022年汛期多场暴雨径流进行实地监测，全面探究了不同降雨特征下的径流污染特征、径流入库潜流规律及其对水库水质的影响，并提出优质取水方案.结... 详细信息

峡谷型水库水质受暴雨径流的影响而出现阶段性的水质恶化.本研究以三河口水库为代表，对2022年汛期多场暴雨径流进行实地监测，全面探究了不同降雨特征下的径流污染特征、径流入库潜流规律及其对水库水质的影响，并提出优质取水方案.结果表明，降雨径流中总磷和总铁以颗粒态为主，其浓度随降雨强度升高而显著升高，可分别升高至基流中浓度的19和37倍;而总氮和高锰酸盐指数以溶解态为主，其浓度与降雨强度相关性弱，仅可分别升高至基流中浓度的2.6和2.1倍.径流以等密度层潜流的形式进入库区，入库过程通常呈现温跃层潜流，并使中下层水质变差.综合考虑前期降雨指数与日降雨量可有效预测径流量，而径流量是判断主库区是否直接受暴雨径流影响的关键指标.2022-10-03的洪峰流量大于1300 m3/s，潜流直接进入主库区，使温跃层的总氮，总磷，总铁和高锰酸盐指数分别由1.224，0.019，0.106，3.790 mg/L升高至1.511，0.079，0.828，4.320 mg/L，温跃层水质超过地表水Ⅲ类标准长达半个月.工程中可通过分层取水来规避高浊度高污染源水.本研究为峡谷型水库汛期优质取水提供了科学依据.

关键词：水源水库降雨径流径流污染入库潜流优质取水

老城区降雨径流污染特征分析——以北京东城区某排水分区为例

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西北大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 355-365页

作者：史秀芳王丽晶潘兴瑶卢亚静王岩北京市水科学技术研究院北京100048 秦皇岛市海港区河长制服务中心河北秦皇岛066000 北京市水务局北京100048 大兴区水务局北京102600

选取北京市东城区北护城河某雨水排水口进行水质水量联合监测,分别识别了老城区在小雨、中雨、大雨3种不同雨型下的降雨径流污染特征,分析了初期冲刷效应和影响径流污染的敏感性指标及其阈值,制定了老城区源头和末端污染物管控方案。研... 详细信息

选取北京市东城区北护城河某雨水排水口进行水质水量联合监测,分别识别了老城区在小雨、中雨、大雨3种不同雨型下的降雨径流污染特征,分析了初期冲刷效应和影响径流污染的敏感性指标及其阈值,制定了老城区源头和末端污染物管控方案。研究结果表明,降雨初期(小雨前20 min、中雨前30 min、大雨前10 min)污染物浓度较高,存在初期冲刷效应。小雨对SS、TP和TN指标的敏感性高于中雨和大雨,中雨对COD和NH_(3)-N指标的敏感性高于小雨和大雨,中雨和小雨的EMC浓度值比大雨高。对于SS、NH_(3)-N、TP指标,污染物浓度变化范围最大的分别为大雨、中雨、小雨。径流污染削减率为30%时,小雨、中雨和大雨需控制的降雨初期径流体积分别为25 m^(3)、35 m^(3)、150 m^(3),或控制降雨初期的降雨量为4 mm、9 mm、24 mm。

关键词：北京市老城区降雨径流污染特征初期冲刷

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城市不同下垫面降雨径流水质监测及特征研究

中国农村水利水电 2024年第3期 128-136页

作者：郭心仪张守红王国庆南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室江苏南京210029 长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098 水安全与水科学协同创新中心江苏南京210029 北京林业大学水土保持学院北京100083 吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站山西临汾042200 北京市水土保持工程技术研究中心北京100083

城市面源污染是仅次于农业面源污染的第二大非点源污染,也是影响城市水生态系统健康的重要原因。随着城市化的快速发展,下垫面改变导致城市河流洪峰增大,河流污染加剧。基于沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地四种典型城市下垫面的5场... 详细信息

城市面源污染是仅次于农业面源污染的第二大非点源污染,也是影响城市水生态系统健康的重要原因。随着城市化的快速发展,下垫面改变导致城市河流洪峰增大,河流污染加剧。基于沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地四种典型城市下垫面的5场降雨径流监测试验资料,分析了不同下垫面条件下的降雨径流污染水平、径流水质变化特征和初始冲刷效应。结果表明:(1)4种下垫面的降雨径流总氮质量浓度均属于劣Ⅴ类水;四种下垫面的总磷污染程度相对较轻,沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总磷质量浓度优于Ⅳ类水的频率分别为80%、16%、88.46%和5.56%;沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总悬浮物质量浓度分布范围分别是7~798、15~569、10~871和44~378 mg/L。(2)总氮和总磷的径流污染水平排序为:砖砌路面>绿地>沥青屋面>油毡屋面;总悬浮物的径流污染水平排序为:绿地>砖砌路面>油毡屋面>沥青屋面。(3)中雨情景下各下垫面不同污染指标变化趋势差异较大,而小雨情景下受人为活动影响较大的下垫面的各污染指标浓度较高。(4)各下垫面污染物的初始冲刷强度排序均为:总悬浮物>总磷>总氮;各下垫面的初始冲刷强度排序为:沥青屋面>油毡屋面>砖砌路面>绿地。(5)沥青屋面和油毡屋面降雨径流中的总悬浮物和总磷具有较好的同源性,而砖砌路面降雨径流中的总磷与总氮和总悬浮物都具有较好的同源性。综合而言,各下垫面总氮和总悬浮物的场次降雨径流平均浓度远超于地表水Ⅴ类水质标准,会对城市水体造成污染,可根据不同下垫面的特点采取相应措施来降低污染物浓度。

关键词：降雨径流城市典型下垫面场次降雨径流平均浓度(EMC) 变化特征初始冲刷效应

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基于深度卷积神经网络的降雨径流预测方法

水利科学与寒区工程 2024年第1期7卷 90-94页

作者：张楠河北省承德水文勘测研究中心河北承德067000

为了更加准确的预测径流,本文提出了一种基于深度卷积神经网络的预测方法。运用模型进行训练和测试,与传统的降雨径流预测模型进行对比分析。研究结果表明:所构建的深度学习机更好地模拟了数据内部复杂的非线性。即使观测值有限,也能保... 详细信息

为了更加准确的预测径流,本文提出了一种基于深度卷积神经网络的预测方法。运用模型进行训练和测试,与传统的降雨径流预测模型进行对比分析。研究结果表明:所构建的深度学习机更好地模拟了数据内部复杂的非线性。即使观测值有限,也能保持很好的预测能力。新模型实现了多个预测(1h、3d或5d),以展示更好的模型性能。深度卷积神经网络预测方法可以推广到类似的气候区,针对不同的水文条件,需要对其进行修正,以预测新区的径流量。

关键词：深度卷积神经网络降雨径流预测

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金盆水库上游降雨径流二维泥沙输移沉积模拟

水力发电 2024年第5期50卷 21-26页

作者：樊文薇韩森王琦岩黄廷林高爱平马旭西安建筑科技大学环境与市政工程学院西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710055 西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省环境工程重点实验室陕西西安710055

为了探究降雨径流在不同流量、含沙量下对西安市金盆水库水体的影响规律,基于湍流流动模型,对2022年10月降雨径流时期西安市金盆水库上游的泥沙输移和沉积进行了数值模拟,并对所建立模型的可靠性进行了验证。通过对不同流量、含沙量下... 详细信息

为了探究降雨径流在不同流量、含沙量下对西安市金盆水库水体的影响规律,基于湍流流动模型,对2022年10月降雨径流时期西安市金盆水库上游的泥沙输移和沉积进行了数值模拟,并对所建立模型的可靠性进行了验证。通过对不同流量、含沙量下的径流进行模拟计算,表明在沿程前部断面处,流速越大底部含沙量越小;在沿程后部断面处,流速越大断面含沙量越高;径流含沙量越大,断面含沙量越大,泥沙分布厚度越大。因此,可以根据降雨径流时期来水的流量及含沙量分析泥沙输移沉积的过程,为水库的运行维护提供参考。

关键词：湍流模型数值模拟降雨径流泥沙输移沉积金盆水库

降雨径流过程中土地利用优化配置对磷流失的影响

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环境科学 2022年第7期43卷 3597-3607页

作者：周豪陈方鑫罗义峰龙翼周继王小燕李丹丹陈晓燕西南大学资源环境学院重庆400715 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041

为了探究土地利用优化配置对三峡库区小流域径流过程中磷素流失的影响,选取重庆忠县石盘丘小流域内传统农业模式集水区(CG)和土地利用优化配置后的集水区(EG)为研究对象,分别在两个集水区出口采样,监测降雨事件中径流过程和不同形态磷素... 详细信息

为了探究土地利用优化配置对三峡库区小流域径流过程中磷素流失的影响,选取重庆忠县石盘丘小流域内传统农业模式集水区(CG)和土地利用优化配置后的集水区(EG)为研究对象,分别在两个集水区出口采样,监测降雨事件中径流过程和不同形态磷素,分析土地利用配置对磷流失规律的影响.结果表明:(1)监测的10场降雨径流过程中,EG的ρ[总磷(TP)]均低于CG,两者范围分别为0.09~0.75 mg·L^(-1)和0.13~2.82mg·L^(-1);相对于CG,EG显著降低了TP浓度峰值.(2)EG的TP、可溶性磷(TDP)、无机态磷(DIP)和颗粒态磷(PP)在降雨径流过程中的浓度平均值EMC均较CG低,且EG与CG在TP、TDP和DIP的EMC上均呈现显著差异(P降雨径流过程中两个集水区磷流失的主要形式均为TDP,但EG的TDP/TP平均值更大.(3)EG比CG的TP、TDP、DIP和PP的输出负荷降低45%、43%、57%和47%,EG和CG各形态磷素输出负荷均与径流总量极显著相关(P径流总量线性拟合的斜率为EG的1.66~1.75倍,CG各形态磷素输出负荷对径流量的响应较EG更敏感,且降雨径流过程中单位面积产沙量比单位面积产流量更能引起磷素浓度和输出负荷的差异.优化土地利用配置能有效减少各形态磷素流失,为三峡库区小流域磷流失防控提供参考依据.

关键词：三峡库区集水区降雨径流土地利用优化配置磷流失

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南宁市老城区降雨径流溯源及污染特征分析

环境科学 2022年第4期43卷 2018-2029页

作者：岳桢铻李一平周玉璇郑可于珊伍彬河海大学环境学院南京210098

降雨径流是城市河道污染的重要来源之一.为了解降雨径流的污染特征,对南宁市老城区进行降雨径流同步采样监测,分析不同降雨条件下不同下垫面污染状况、初期冲刷效应及污染贡献比等特征,探讨了径流污染初期冲刷计算方法及影响因素分析,... 详细信息

降雨径流是城市河道污染的重要来源之一.为了解降雨径流的污染特征,对南宁市老城区进行降雨径流同步采样监测,分析不同降雨条件下不同下垫面污染状况、初期冲刷效应及污染贡献比等特征,探讨了径流污染初期冲刷计算方法及影响因素分析,并根据老城区菜市场下垫面讨论降雨径流下垫面选取标准与必要性.结果表明,南宁市老城区径流污染中,道路及菜市场的COD和TSS场次降雨径流平均浓度(EMC)大于绿地和屋顶,营养盐污染物EMC值由大到小依次是菜市场、绿地、屋顶和道路.大雨条件下各下垫面均有较为明显的初期冲刷效应,初期冲刷系数(b)均值为0.67,道路和绿地初期输送污染物较多;小雨和中雨条件下总体未产生明显的初期冲刷效应,b均值分别为0.83和0.94,评价冲刷效应更倾向于选取采用全过程计算的b值.基于多元统计分析表明,道路径流TSS的EMC值与总降雨历时之间呈显著正相关,绿地径流TN的EMC值与平均降雨强度间呈显著负相关.是否考虑菜市场作为下垫面的一类对营养盐污染负荷计算结果影响较大,对COD和TSS负荷计算结果几乎无影响,大雨下营养盐污染负荷差值百分比达80%,此时道路和菜市场污染物EMC差值百分比达到1012%.

关键词：降雨径流污染特征污染溯源初期冲刷效应下垫面老城区

降雨径流汇入背景下受纳水体可溶态Ni和As的动态变化

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热带地理 2022年第12期42卷 2088-2097页

作者：刘浩峰刘玉燕张一玮丁方方张牛牛王林海南师范大学地理与环境科学学院海口570100 海南省热带海岛地表过程与环境变化重点实验室海口570100

选取降雨丰沛、降雨径流突出的热带海岛城市海口美舍河市区河段,使用室内分析与野外采样结合的方法开展降雨径流汇入后受纳水体可溶态Ni和As的动态变化研究。结果表明:降雨径流的汇入直接对受纳水体中Ni和As的固液分配产生干扰,且其对... 详细信息

选取降雨丰沛、降雨径流突出的热带海岛城市海口美舍河市区河段,使用室内分析与野外采样结合的方法开展降雨径流汇入后受纳水体可溶态Ni和As的动态变化研究。结果表明:降雨径流的汇入直接对受纳水体中Ni和As的固液分配产生干扰,且其对受纳水体Ni和As的输入贡献主要依赖悬浮态,可溶态Ni和As输入相对较弱。具体表现为:降雨径流汇入前受纳水体可溶态Ni和As占总质量浓度的比例分别达到55.67%和94.77%。降雨径流汇入后,受纳水体Ni和As发生一系列动态变化,排水口处可溶态Ni和As占比分别达总质量浓度的20.97%和76.92%,可溶态占比明显下降,变化较为剧烈;排水口下游可溶态Ni和As占比也均下降,分别为47.23%和88.38%。对不同降雨情境下的数据分析发现:当降雨量≤10 mm时,雨前干燥期长短是受纳水体可溶态Ni和As动态变化的主要影响因素;当降雨量在10~30 mm时,雨前干燥期长短、雨强峰值出现时间及其大小是受纳水体可溶态Ni和As对降雨径流响应时间及响应程度的主要影响因素;当降雨量≥30 mm时,雨强峰值出现时间是受纳水体可溶态Ni和As动态变化的主要影响因素。降雨径流对受纳水体可溶态Ni和As的影响存在差异,当干燥期短、且存在最大雨强值过高现象时,受纳水体可溶态As受降雨径流影响小,而可溶态Ni受降雨径流影响明显。

关键词：降雨径流受纳水体可溶态雨强 Ni As 美舍河海口市

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植被调控水土流失机制研究进展及展望

中国水土保持科学 2024年第1期22卷 131-140页

作者：田培毛梦培潘成忠华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079 北京师范大学水科学研究院北京100875

植被是调控水土流失的关键因子。从植被与水土流失关系的研究方法、植被调控土壤侵蚀的表征指标、植被不同部分(冠层、根系、枯落物)对土壤侵蚀的作用机制、植被对侵蚀泥沙分选性的影响机制、植被与其他因子交互作用的土壤侵蚀效应等5... 详细信息

植被是调控水土流失的关键因子。从植被与水土流失关系的研究方法、植被调控土壤侵蚀的表征指标、植被不同部分(冠层、根系、枯落物)对土壤侵蚀的作用机制、植被对侵蚀泥沙分选性的影响机制、植被与其他因子交互作用的土壤侵蚀效应等5方面对植被调控水土流失机制的研究成果进行综述,并提出该领域的研究展望。笔者认为:植被盖度未达稳定值时其减沙的正向效应受到挑战,且植被盖度稳定值因土壤质地、植被类型和坡度而异,其机理尚不明确;在气候变化背景下,需要加强极端暴雨条件下植被根系促进浅层滑坡的机理研究;植被枯落物混入土壤后对土壤可蚀性的影响机理及其季节性变化机制有待进一步明晰;需加强植被覆盖下坡面径流水动力学特征及其对侵蚀泥沙颗粒分选性的影响机制研究,以及基于泥沙分选理论的林下土壤流失量化研究;植被与坡度、坡长、降雨强度等其他侵蚀因子交互作用的土壤侵蚀效应机理有待深入研究;另外,亟需研发包括植被参数、土壤参数、降雨和坡面流水动力学参数在内的植被侵蚀动力学方程,以推动土壤侵蚀物理模型的深入发展。

关键词：植被水土流失抗侵蚀性能降雨径流调控机制冠层枯落物根系